申曉杰，韓國(guó)強(qiáng)，安學(xué)民

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西電力建設(shè)三公司，山西 太原 030006；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

600 MW超臨界機(jī)組軸振異常原因分析及處理

申曉杰1，韓國(guó)強(qiáng)2，安學(xué)民2

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西電力建設(shè)三公司，山西 太原 030006；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

某電廠一臺(tái)600MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)后，1號(hào)軸振逐步爬升，經(jīng)多次檢修均未能穩(wěn)定。試驗(yàn)分析表明振動(dòng)異常是由高中壓轉(zhuǎn)子受汽流激振力和軸承輕載共同作用所引發(fā)。通過軸系中心調(diào)整和優(yōu)化高壓調(diào)門開啟順序，使振動(dòng)得到較好控制。

汽輪機(jī)；軸振；汽流激振；軸系調(diào)整；順序閥

0 引言

某電廠2號(hào)汽輪機(jī)系東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日立公司制造，型號(hào)為：CLN600-24.2/566/566型600MW超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、雙背壓凝汽式機(jī)組。汽輪機(jī)軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子I、低壓轉(zhuǎn)子II組成，每個(gè)轉(zhuǎn)子均由2個(gè)軸承支持，其中1號(hào)、2號(hào)軸承為高中壓轉(zhuǎn)子的可傾瓦軸承，其余均為橢圓型軸承。該型號(hào)汽輪機(jī)共有4個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽門，布置如圖1所示，正常運(yùn)行時(shí)首先同時(shí)開啟下部Ⅰ、Ⅱ調(diào)門，然后開啟Ⅳ調(diào)門，最后開啟Ⅲ調(diào)門。

2號(hào)機(jī)組投產(chǎn)初期，1號(hào)軸振X向振動(dòng)穩(wěn)定在50m左右。2010年6月振動(dòng)逐步增大，2011年初振動(dòng)在60m左右。2012年初振動(dòng)增大到80m左右，2012年7月，針對(duì)汽輪機(jī)基礎(chǔ)不均勻沉降，采取抬高2號(hào)軸承標(biāo)高，改善高中壓—低壓I轉(zhuǎn)子對(duì)輪中心對(duì)中度。檢修后機(jī)組啟動(dòng)1號(hào)軸振X向振動(dòng)升至100m左右，當(dāng)負(fù)荷在450MW左右，工況變化時(shí)易出現(xiàn)突發(fā)振動(dòng)，最大可波動(dòng)到130m，且隨高調(diào)門變化而波動(dòng)。

圖1 高壓調(diào)節(jié)汽門布置圖（從汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)方向看）

1 機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)及分析

鑒于1號(hào)軸振在高負(fù)荷工況下發(fā)生較大波動(dòng)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行了負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)、高壓調(diào)門開啟順序變動(dòng)試驗(yàn)和潤(rùn)滑油溫變動(dòng)試驗(yàn)，以觀察對(duì)振動(dòng)的影響。

1.1 負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)

機(jī)組在420～600 MW范圍升負(fù)荷過程和從600～420MW范圍降負(fù)荷過程期間，NBZJZ-4型便攜式多通道振動(dòng)數(shù)據(jù)采集和故障分析系統(tǒng)記錄了1號(hào)軸振波動(dòng)情況。機(jī)組DCS系統(tǒng)記錄了機(jī)組負(fù)荷變化與振動(dòng)的關(guān)系。

a）機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，1號(hào)軸振頻譜圖顯示振動(dòng)中含有較豐富的25 Hz低頻分量，幅值在20m波動(dòng)，最大接近40m。

b）振動(dòng)隨負(fù)荷增加而增大；降負(fù)荷時(shí)低頻分量波動(dòng)的范圍與頻率也隨之降低并趨于穩(wěn)定。

c）振動(dòng)隨低頻分量而波動(dòng)，低頻分量較大時(shí)，X向振動(dòng)最大波動(dòng)到120m以上。

1.2 高壓調(diào)門開啟順序變動(dòng)試驗(yàn)

1.2.1 Ⅳ調(diào)門開啟改為Ⅲ調(diào)門開啟

試驗(yàn)時(shí)保持負(fù)荷350～450MW，且Ⅰ、Ⅱ調(diào)門保持全開，Ⅳ調(diào)門開度為19%；然后關(guān)閉Ⅳ調(diào)門，開啟Ⅲ調(diào)門至開度21%。隨后恢復(fù)原先調(diào)門工作狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果顯示：關(guān)閉Ⅳ調(diào)門開啟Ⅲ調(diào)門時(shí)，1號(hào)軸振由104m左右降至88m左右，當(dāng)調(diào)門恢復(fù)原始狀態(tài)后，振幅也基本恢復(fù)。

1.2.2 Ⅱ調(diào)門關(guān)、Ⅳ調(diào)門開

試驗(yàn)時(shí)保持負(fù)荷350～450MW，保持Ⅰ、Ⅱ調(diào)門全開，然后關(guān)閉Ⅱ調(diào)門，同時(shí)全開啟Ⅳ調(diào)門。試驗(yàn)結(jié)果顯示：當(dāng)Ⅱ調(diào)門關(guān)閉、Ⅳ調(diào)門開啟時(shí)1號(hào)軸振由96m左右降至82m左右。

1.2.3 Ⅰ調(diào)門關(guān)、Ⅳ調(diào)門開

試驗(yàn)時(shí)保持負(fù)荷350～450MW，保持Ⅰ、Ⅱ調(diào)門全開，然后關(guān)閉Ⅰ調(diào)門，同時(shí)全開啟Ⅳ調(diào)門。試驗(yàn)結(jié)果顯示：當(dāng)Ⅰ調(diào)門關(guān)閉、Ⅳ調(diào)門開啟時(shí)1號(hào)軸振由94m左右降至72m左右。

高壓調(diào)門開啟順序變動(dòng)試驗(yàn)顯示以下結(jié)果。

a）開啟上部Ⅲ、Ⅳ調(diào)門，關(guān)閉下部Ⅰ、Ⅱ調(diào)門，有利于增加1號(hào)軸承載荷，減小振動(dòng)。

b）Ⅱ、Ⅳ調(diào)門全開，Ⅰ、Ⅲ調(diào)門全關(guān)的進(jìn)汽方式比Ⅰ、Ⅳ調(diào)門全開，Ⅱ、Ⅲ調(diào)門全關(guān)的進(jìn)汽方式更有利于1號(hào)軸振減小。

c）振動(dòng)伴隨高壓調(diào)門變化波動(dòng)。

1.3 潤(rùn)滑油溫變動(dòng)試驗(yàn)

潤(rùn)滑油溫變動(dòng)未對(duì)1號(hào)軸振產(chǎn)生明顯影響，試驗(yàn)記錄如表1所示。

表1 潤(rùn)滑油溫變動(dòng)試驗(yàn)記錄

1.4 振動(dòng)分析

通過試驗(yàn)總結(jié)1號(hào)軸振主要特點(diǎn)如下。

a）振動(dòng)敏感于負(fù)荷且發(fā)生在較高負(fù)荷，負(fù)荷降低振動(dòng)即能恢復(fù)正常，有較好的重復(fù)性。

b）低頻振動(dòng)與調(diào)節(jié)閥的開啟順序和開度有關(guān)，通過切換或關(guān)閉有關(guān)調(diào)節(jié)閥能夠減小低頻振動(dòng)幅值。

c）振動(dòng)與潤(rùn)滑油溫?zé)o關(guān)。

基于振動(dòng)特征分析認(rèn)為：1號(hào)軸振屬于汽流激振，蒸汽激振力作用于高中壓轉(zhuǎn)子使軸系失穩(wěn)，導(dǎo)致1號(hào)軸振幅值隨時(shí)間迅速擴(kuò)散。結(jié)合振動(dòng)發(fā)展過程和檢修情況，自激振動(dòng)由兩方面因素引起。

a）汽輪機(jī)基礎(chǔ)不均勻沉降，造成轉(zhuǎn)子在汽缸中發(fā)生徑向偏移，高中壓缸通流間隙產(chǎn)生不均勻變化，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)汽流擾動(dòng)產(chǎn)生蒸汽激振力增大高中壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)。

b）機(jī)組檢修中抬高2號(hào)軸承標(biāo)高，改變了軸系載荷分配導(dǎo)致1號(hào)軸承失穩(wěn)。在蒸汽激振力附加作用下使高中壓轉(zhuǎn)子發(fā)生的自激振動(dòng)顯著放大。

2 機(jī)組振動(dòng)處理方案

為消除2號(hào)機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定振動(dòng)，從檢修和運(yùn)行兩方面制定相關(guān)措施進(jìn)行處理。

2.1 檢修方面

針對(duì)汽流激振發(fā)生機(jī)理和1號(hào)軸承輕載，在機(jī)組A級(jí)檢修中重點(diǎn)進(jìn)行了軸系中心調(diào)整和通流部分間隙調(diào)整。

2.1.1 軸系中心檢查調(diào)整

汽輪機(jī)全實(shí)缸修前測(cè)量高中壓轉(zhuǎn)子比低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子低0.08mm，下張口0.04mm（廠家標(biāo)準(zhǔn)要求低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子比高中壓轉(zhuǎn)子高0.10±0.05mm，下張口0.07±0.05mm）。各聯(lián)軸器解開后，測(cè)量各軸頸揚(yáng)度與安裝時(shí)比較發(fā)現(xiàn)：高中壓轉(zhuǎn)子明顯前仰，低壓轉(zhuǎn)子明顯后仰。

分析測(cè)量數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)，認(rèn)為增大1號(hào)軸承載荷有利于減小振動(dòng)。因此決定抬高1號(hào)軸承標(biāo)高，適當(dāng)增大1號(hào)軸承載荷。同時(shí)采用增大高中壓—低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子高差的方法，適當(dāng)減小2號(hào)軸承載荷，以達(dá)到重新調(diào)整軸系載荷的目的?？紤]到廠家安裝標(biāo)準(zhǔn)要求，本次調(diào)整將高中壓—低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子對(duì)輪中心控制在廠家標(biāo)準(zhǔn)值上限附近，即高中壓轉(zhuǎn)子比低壓轉(zhuǎn)子偏低值調(diào)整為0.13mm；下張口調(diào)整為0.10mm。

軸系中心調(diào)整后，軸頸揚(yáng)度明顯改善，由于基礎(chǔ)不均勻沉降恢復(fù)安裝時(shí)的狀態(tài)難度非常大，調(diào)整結(jié)果經(jīng)確認(rèn)可滿足正常運(yùn)行。

2.1.2 通流間隙檢查調(diào)整

基于修前軸系中心變化，高中壓缸在運(yùn)行狀態(tài)下，上部通流間隙減小，下部通流間隙增大。軸系中心調(diào)整后，由于高中壓轉(zhuǎn)子調(diào)整量較大，而通流間隙設(shè)計(jì)值偏小導(dǎo)致變化量比較大，需做較大調(diào)整。首先根據(jù)測(cè)量結(jié)果，調(diào)整貓爪下墊片對(duì)高中壓缸進(jìn)行整體調(diào)整，然后分別調(diào)整靜葉環(huán)套和前后軸封，更換或修刮超標(biāo)部分使其間隙合格。低壓通流間隙調(diào)整量小，經(jīng)測(cè)量缸內(nèi)的動(dòng)靜間隙在合格范圍內(nèi)。

2.2 運(yùn)行方面

機(jī)組運(yùn)行中采取以下措施。

a）改變高壓調(diào)門開啟順序，采用上部進(jìn)汽方式：Ⅲ+Ⅳ-Ⅱ-Ⅰ，增大上部進(jìn)汽的Ⅲ、Ⅳ調(diào)門開度，減小汽流對(duì)軸承載荷的影響，提高1號(hào)軸承的穩(wěn)定性。

b）機(jī)組高負(fù)荷變工況時(shí)，減小負(fù)荷變化速率，減緩蒸汽激振力突變的影響。

c）防止中壓缸后軸封大量漏氣，造成2號(hào)軸承標(biāo)高受熱上移量過大，影響軸承載荷分配，造成軸系失穩(wěn)。

d）制定突發(fā)振動(dòng)緊急處理方法包括：立即減負(fù)荷避開突發(fā)振動(dòng)負(fù)荷區(qū)間；立即投入頂軸油泵提高油膜剛度等措施。

2.3 處理效果

機(jī)組大修后正常啟動(dòng)一次成功，在各種工況下1號(hào)軸振顯著下降。1號(hào)軸振X向振動(dòng)：52～76 μm；Y向振動(dòng)：44～56μm，其他各軸振、軸瓦溫度均在合格范圍內(nèi)。機(jī)組軸系存在的振動(dòng)問題得到比較滿意的解決。

3 結(jié)束語(yǔ)

大型汽輪機(jī)（尤其是超臨界機(jī)組）的高、中壓轉(zhuǎn)子由汽流激振而引起的突發(fā)性低頻振動(dòng)因與機(jī)組負(fù)荷和高壓調(diào)節(jié)閥的開度相關(guān)，使其成為限制機(jī)組出力的重要因素[1]。通過提高軸系中心對(duì)中度,保證轉(zhuǎn)子與汽缸同心度和動(dòng)靜通流間隙均勻。掌握基礎(chǔ)沉降動(dòng)態(tài)，采取合理措施減小其對(duì)軸系中心及揚(yáng)度的影響。重視機(jī)組運(yùn)行模式和調(diào)節(jié)閥開啟順序?qū)ν话l(fā)低頻振動(dòng)的影響，避免在不利工況下運(yùn)行，基本可以解決此類問題。

［1］ 張學(xué)延，王延博，張衛(wèi)軍.大型汽輪機(jī)汽流激振問題的分析和處理［J］.熱力發(fā)電，2004（02）：55-62.

Causal Analysis and Treatment on Abnormal Axial Vibration of 600MW Supercritical Turbine

SHEN Xiaojie1，HAN Guoqiang2，AN Xuem in2
（1.China Energy Engineering Group Co.，Ltd.，Shanxi No.3 Electric Power Construction Com pany，Taiyuan，Shanxi 030006，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The vibration of No.1 bearing became gradually serious after 600 MW supercritical steam turbine generating units has been putinto operation，and failed to remain stable althoughmaintenancewasdone formany times.The vibration testanalysis showed that the abnormal vibration was caused by steam exciting force and bearing light load on HP-IP rotor.Through adjusting axial center and optimizing the opening sequence ofhigh pressure regulating valve,the vibration gotbetter control.

turbine；axle vibration；steam-excited vibration；shafting adjustment；sequence valve

TM311

B

1671-0320（2015）01-0050-03

2015-01-05，

2015-01-16

申曉杰（1973），男，山西長(zhǎng)治人，1996年畢業(yè)于太原電力高等專科學(xué)校電廠熱能動(dòng)力專業(yè)，工程師，從事電力工程技術(shù)管理工作；

韓國(guó)強(qiáng)（1973），男，山西太原人，1996年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W(xué)校電廠熱能動(dòng)力專業(yè)，工程師，從事汽輪機(jī)組熱力試驗(yàn)研究、調(diào)試及入網(wǎng)安評(píng)工作；

安學(xué)民（1984），男，山西晉城人，2009年畢業(yè)于華北電力大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)，碩士，工程師，從事信息安全督查及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維工作。